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酸堿催化劑
來源:互聯網

指因物質的酸、堿性質而發生催化功能的催化劑,它們能使反應物轉變為離子型活化了的過渡狀態,從而發生催化作用。

定義

因物質的酸堿性質而起催化作用的催化劑。有液體酸堿催化劑和固體酸堿催化劑。前

者多用于液相催化反應系統。若催化劑在溶液狀態中使用,其催化活性有時與溶劑的性質有關。多數液態酸堿催化劑為化學藥劑或由用戶自配制成的溶液,它們常有腐蝕性,在貯運時必須注意。使用液態酸堿催化劑,在其反應終了時,要將催化劑與反應混合物分離;而用固態催化劑時,流體反應物與固體催化劑各自成相,生產工藝簡單。多數固體酸堿催化劑為催化劑工業的產品,最廣泛使用的是固體酸催化劑

酸堿催化劑種類繁多,可按酸堿的性質分兩大類,即質子酸堿(亦稱布朗斯臺德酸堿,簡稱B-酸、B-堿)催化劑,能放出質子者為酸催化劑,接受質子者為堿催化劑;另一類為路易斯酸堿(簡稱L-酸、L-堿)催化劑,其中能接受電子對者為酸催化劑,能給予電子對者為堿催化劑

分類

按酸堿的性質可分為兩類:質子酸堿(亦稱布朗斯臺德酸堿,簡稱B酸、B堿)催化劑和吉爾伯特·路易士酸堿(簡稱L酸、L堿)催化劑。由B酸和L酸結合成的催化劑,具有很高的酸強度,稱氟銻磺酸催化劑。借助酸催化與堿催化的協同作用而發揮催化功能的稱酸-堿雙功能催化劑。酸堿催化劑用于淀粉水解烯烴水合、醇類化、烴類裂解、異構化、歧化、基化、聚合等。

作用過程

以布侖斯惕酸堿或路易斯酸堿為催化劑催化某些反應,通過質子傳遞或授受電子對完成催化作用的過程,用于這些催化反應的物質稱為酸堿催化劑。酸性催化劑主要包括液體酸、酸性配位化合物、硅鋁酸鹽、酸性氧化物等;堿性催化劑主要包括液體堿、堿土金屬氧化物等。

定義分類

固體酸:一般認為是能夠化學吸附堿的固體,也可以了解為能夠使堿性指示劑在其上面改變顏色的固體。固體酸又分為布朗斯特(Brφnsted)酸和吉爾伯特·路易士(Lewis)酸。前者簡稱為B酸,后者簡稱為L酸。B酸B堿的定義為:能夠給出質子的都是酸,能夠接受質子的都是堿,所以B酸B堿又叫質子酸堿。L酸L堿的定義為:能夠接受電子對的都是酸,能夠給出電子對的都是堿,所以L酸L堿又叫非質子酸堿。

強度

B酸強度,是指給出質子的能力;L酸強度是指接受電子對的能力。酸強度通常用Hammeett函數H0表示,定義如下:若一固體酸表面能夠吸附一未解離的堿,并且將它轉變為相應的共軛酸,且轉變是借助于質子自固體酸表面傳遞于吸附堿,即:式中[B]a和[BH+]a分別為未解的堿(堿指示劑)和共軛酸的濃度。pKa是共軛酸BH+解離平衡常數的負對數,類似pH。若轉變是借助于吸附堿的電子對移向固體酸表面,即式中[A:B]是吸附堿B與電子對受體A形成的配位化合物AB的濃度。H0越小酸度越強。

酸量:固體表面上的酸量,通常表示為單位重量或單位表面積上酸位的毫摩爾,即m mol/wt或m mol/m2。酸量也叫酸度,指酸的濃度。

固體堿的強度,定義為表面吸附的酸轉變為共軛堿的能力,也定義為表面給出電子對于吸附酸的能力。堿量的表示,用單位重量或者單位表面積堿的毫摩爾數,即m mol/wt或m mol/m2。堿量也叫堿度,指堿中心的濃度。酸堿對協同位:某些反應,已知雖由催化劑表面上的酸位所催化,但堿位或多或少地起一定的協同作用。有這種酸-堿對協同位的催化劑,有時顯示更好的活性,甚至其酸-堿強度比較單個酸位或堿位的強度更低。例如ZrO2是一種弱酸和和弱堿,但分裂C-H的鍵的活性,較更強酸性的SiO2-Al2O3高,也較更強堿性的MgO高。這種酸位和堿位協同作用,對于某些特定的反應是很有利的,因而具有更高的選擇性。這類催化劑叫酸堿雙功能催化劑。固體氟銻磺酸超強堿固體酸的強度若超過100%硫酸的強度,則稱之為超強酸。因為100%硫酸的酸強度用Hammeett酸強度函數表示時為H0=-11.9,故固體酸強度H0<-11.9者謂之固體超強酸或超酸。

固體超強堿是指它的堿強度用堿強度函數H-表示高于+26者。固體超強堿多為堿土金屬氧化物,或堿土金屬與堿金屬的復合氧化物。

參考資料 >

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